大型水輪發電機轉子現場安裝工藝研究

周若愚（中國水利水電第三工程局有限公司，陜西 西安 710032）

大型水輪發電機轉子現場安裝工藝研究

周若愚
（中國水利水電第三工程局有限公司，陜西 西安 710032）

摘要：轉子是水輪發電機的重要轉動部件，其作用是產生磁場，主要由中心體、轉子支架、磁軛和磁極等組成，通過主軸與下面的水輪機連接，轉子安裝的質量直接影響機組運行的穩定性。本文根據魯地拉電站轉子特點，詳細介紹了扇形支架焊接、磁軛疊裝、大力筋及磁極安裝等工藝，闡述了轉子安裝過程中的質量控制難點、重點；通過魯地拉電站轉子安裝，總結了大型水輪發電機轉子現場安裝工藝及技術控制措施，以期對類似大型水輪發電機轉子現場安裝提供參考和借鑒。

關鍵詞：轉子；水輪發電機；魯地拉電站；安裝工藝

0引言

魯地拉水電站位于云南省大理州賓川縣與麗江地區永勝縣交界的金沙江中游河段上，為金沙江中游水電規劃8個梯級電站中的第7個電站，電站以發電為主，裝設6臺單機容量360MW的混流式水輪發電機組，電站保證出力為946.5MW，多年平均發電量為99.57億kW·h，年利用小時數4610h。

轉子由中心體、分瓣支臂、磁軛裝配、磁極裝配及其它附件組成，轉子上部與上端軸聯接，下部與發電機主軸聯接。轉子外徑為Ф14063.3mm，磁軛高2270mm，轉子裝配總重為847.15t，額定轉速為100r/min，飛逸轉速為200r/min。轉子支臂由5瓣組成，現場組裝時先將轉子中心體與分瓣轉子支臂把合成整體并焊接成一體；轉子磁軛為高強度沖片現場疊壓而成，轉子磁軛在現場加熱并進行熱加墊套工作，使磁軛熱套在轉子支臂上，與轉子支臂形成一個整體。磁軛外側掛裝60個磁極，磁極掛裝完成后在安裝間進行整體耐壓試驗后吊入機坑。

轉子安裝流程見圖1。

1轉子支臂安裝

1.1轉子支架組合

（1）轉子中心體安裝

將轉子中心體支撐吊裝就位，用螺栓將中心體支撐把合在基礎板上，測量并調整中心體支撐上平面水平不大于0.02mm/m，并檢查支撐與基礎板把合面無間隙。

圖1轉子安裝流程圖

將清掃干凈的轉子中心體吊放到轉子中心體支撐上，測量、調整轉子中心體下法蘭面的水平。合格后，對稱均勻地將轉子中心體用工具螺栓固定到轉子中心體支撐上。檢查中心體支撐上平面與轉子中心體下法蘭面之間是否存在間隙，用精密水準儀測量中心體下法蘭水平度，應不大于0.03mm/m。以轉子中心體下法蘭面內鏜口為基準，利用吊鋼琴線的方法檢查中心體上、下止口的同心度（鋼琴線直徑為φ0.30mm）。

（2）測圓架安裝

安裝轉子測圓架前，復查轉子中心體下法蘭面水平度，并清理轉子中心體上法蘭面。將中心測圓架組合成一整體，清理轉子測圓架中心柱法蘭面，利用止口及連接螺栓，將測圓架中心柱初步固定在轉子中心體上法蘭面。在測圓架大軸相互垂直的兩個方位上,懸掛兩條直徑為0.30mm鋼琴線,調整測圓架中心柱的垂直度，要求測圓架中心柱垂直度不大于0.02mm/m。

以轉子中心體下法蘭面止口內圓為基準，將轉子測圓架與中心體下法蘭內鏜口的同心度調整到0.05mm以內。復查轉子測圓架中心柱的垂直度，利用止口及連接螺栓，將轉子測圓架中心柱把合在轉子中心體上法蘭面。

吊裝轉子測圓架的止推軸承，并將止推軸承固定在中心柱上。組合轉子測圓架支臂，將測圓架支臂吊放在止推軸承上，并采用加配重塊的方式調整測圓架支臂的水平，其水平度應不大于0.02mm/m。測圓架調整后，要求利用中心測圓架轉臂重復測量圓周上任意點的半徑誤差不得大于0.02mm，旋轉一周測頭的上下跳動量不得大于0.20mm。

在轉子測圓架的使用過程中，應分階段校核中心測圓架的準確性。

（3）轉子支架掛裝

清理各支架組合支墩基礎板表面，將各支架組合支墩吊裝就位，用水準儀測量并調整支架組合支墩上每對楔子板頂面高程，并控制在2mm以內。根據制造廠內的預裝標記，對稱掛裝轉子支架扇形支臂，并調整轉子支架扇形支臂。打緊轉子扇形支臂與轉子中心體之間的切向組合塊組合螺栓,然后將扇形支臂間的徑向組合塊組合螺栓按從內到外的打緊順序對稱打緊。測量轉子支架各立筋半徑，其應在R=6725.3（-0.5～0mm）范圍內,同時,制動環把合面圓周波浪度不大于2mm。

復測轉子中心體下法蘭面水平度，并測量轉子扇形支臂所有立筋的絕對半徑；檢查扇形支臂制動環把合面徑向水平度及周向波浪度，要求其周向波浪度不應大于2mm，徑向水平度不應大于0.5mm，否則，應對其進行處理。

1.2轉子支架焊接

為控制焊接變形，加工若干塊150mm×300mm× 20mm騎馬板。在轉子中心體與支臂間的切向環形焊縫以及扇形支臂間的徑向焊縫位置處，沿焊接時焊縫收縮方向搭焊騎馬板；在轉子中心體與支架腹板之間的軸向搭接焊縫，以及轉子圓盤支架上、下扇形板與中心體切向環形對接環焊縫間，打入一定數量小鋼楔。同時，根據焊縫情況對轉子支臂焊縫進行加固。

預熱焊縫后，采用手工電弧焊焊接轉子支架，選用E5015焊條，最大焊接線能量小于30KJ/cm，層間溫度≤260℃，焊條擺動寬度≤3倍焊條直徑。為控制焊接變形，焊接采用對稱施焊方式，焊接速度應盡可能一致，相鄰兩層焊縫的焊接方向必須相反。對組裝間隙大的焊縫，采用鑲邊堆焊，并采用多層多道分段退步焊。對于對接焊縫先焊完1/2正縫后，方可對背縫進行清根，背縫清根干凈后進行背縫焊接，完成后焊接剩余正縫。除底層及蓋面層外其余各層每焊一層均應錘擊以消除焊接應力。

對焊接過程進行監測和記錄，并根據焊接變形，及時調整焊接有關工藝參數等。

轉子支臂焊接完成后，修磨焊縫表面、通風孔配割面及支架切向和徑向組合塊角焊焊疤，對所有焊縫進行100%UT+MT探傷。

2轉子磁軛疊壓

2.1大力筋掛裝

將大力筋背部清洗、打磨干凈。用橋機將大力筋吊裝至相應支撐上，用花藍螺栓臨時點焊固定在轉子支架上。調整大力筋掛鉤與中心體下法蘭高差滿足設計要求。用內徑千分尺、測圓架測量調整大力筋分布半徑滿足設計要求，考慮到焊接收縮的影響，焊前大力筋分布半徑比設計值要大3mm。掛線錘初步調整大力筋徑向、軸向垂直度在1mm以內。

2.2磁軛預疊裝

（1）磁軛預疊裝及調整

按要求安裝磁軛下壓板，依據磁軛疊片圖及磁軛堆積表進行磁軛疊裝，以+Y方向為起點，順時針開始，將10層特殊磁軛沖片疊裝后，開始疊裝普通片，直至疊裝到100mm高度。用測圓架及內徑千分尺測量預堆磁軛的半徑及圓度滿足要求，分別將涂有二硫化鉬的導向銷插入調整好的磁軛，反復調整測量磁軛半徑，圓度整形滿足要求。

（2）大力筋調整

用基準筋調整時的方法檢查其半徑、垂直度高程滿足要求。調整其他大力筋時，旋動大力筋底部支撐螺栓，調整其與轉子中心體下法蘭面高差滿足設計要求。在測圓架上架2塊百分表，以基準筋上下兩點為起點，調整其他大力筋半徑及徑向垂直度滿足設計要求。以基準大力筋磁軛鍵頂部中心為起點，分別測量相鄰大力筋間弦距滿足要求。

2.3磁軛疊壓

清洗磁軛沖片，沖片按每級0.2kg重量差進行等分，并測量記錄各部位厚度，按圖紙編制疊片表。根據磁軛疊片圖，按預堆段磁軛的末端一層磁軛沖片開始正式疊裝，磁軛疊片每層16個基礎層，每個基礎層由5張磁軛片組成。每個基礎層錯開一個磁極，按7層為一個基本循環，一個循環的結束為另一個循環的起始層；磁軛疊片時所使用的定位長短銷釘交錯放置，在疊片時隨疊片的高度增加而提升，安裝上壓板后拆除定位銷釘；在整個磁軛疊裝過程中必須不斷檢查中心體下法蘭水平、磁軛底部的平面度，隨時用千斤頂調整。

磁軛疊片分五次壓緊，預壓力矩為1800Nm，每次預壓前后必須用測圓架檢查和調整磁軛圓度，以免磁軛不圓或中心偏移，調整磁軛圓度時可用在大力筋與轉子支臂筋板加斜楔的方法調整；第四次壓緊后測量磁軛厚度、波浪度，根據前四次壓緊量及設計最終高度，計算最后一段磁軛疊裝數量；最后一層特殊磁軛沖片疊裝完成后安裝上壓板；最終壓緊用液壓拉伸器分三遍逐步升壓至設計壓力的方式進行壓緊，并測量螺栓的拉伸值滿足設計要求。

3磁軛熱加墊

磁軛疊壓完成后，對大力筋進行焊接，焊前分上、中、下三處在焊縫的背縫布置搭接板，在各焊縫兩側處，打上測量變形的樣沖點，大力筋采用對稱焊，焊接完成后，對磁軛半徑、圓度、轉子中心體水平進行檢測并記錄，同時，測量大力筋與磁軛間間隙d，以備磁軛熱加墊配墊時用。

熱加墊理論值t=3.4mm，計算調整墊片厚度t1=t+d，配置調整墊片；計算轉子磁軛收縮的墊片厚度，取上1、上2、中、下1、下2五處測量的間隙的數值，再加上收縮值。如果上、中、下測量的間隙差別大于0.3mm時，要考慮配制上、中、下不同厚度的墊片。

加熱磁軛至徑向膨脹約4.1mm（打鍵后徑向量增加設計值為0.7mm），參考加熱溫度為T=室溫+75℃，加熱的溫升控制在6～10℃/h，磁軛膨脹后，迅速插入調整墊片，磁軛冷卻后緊固。磁軛溫度冷卻后,測量磁軛圓度、半徑及徑向垂直度滿足要求。冷卻后，測量磁軛上壓板與大立筋上部凹槽頂面的距離，根據測量數據，計算鎖定板與上壓板之間所需加的墊片厚度，安裝大力筋鎖定板。

4磁極掛裝

（1）磁極掛裝前，復測磁軛半徑滿足要求；清洗轉子支臂及磁軛，清掃磁極墊片及磁極鍵；對單個磁極進行電氣試驗，檢查繞組極性、直流電阻、交流阻抗、絕緣電阻等技術參數符合設計要求；按照磁極鐵芯的長度確定磁極中心，并標識清楚；參考轉子下撓度、定子鐵芯中心實際安裝高程等數據確定磁極掛裝高程（與轉子中心體下法蘭面高差）。

（2）依據磁軛半徑，各相應磁極厚度及轉子設計半徑，估算磁極加墊厚度。以1號磁極為基準磁極，將磁極起吊后放入磁軛鴿尾槽內，待下降1/3高度后，將準備好的磁極墊片及涂有二硫化鉬磁極鍵插入鍵槽，隨磁極下降而下降，磁極掛裝見圖2。

（3）用大錘打緊磁極鍵，測量磁極半徑滿足設計要求，否則應將磁極拔出后重新配墊，反復調整至實測半徑滿足設計要求。

圖2磁極掛裝示意圖

（4）掛鋼琴線測量磁極垂直度，用水準儀測量磁極中心與轉子下法蘭面滿足要求。

（5）根據1號磁極掛裝方法，掛裝其他磁極。

（6）磁極掛裝完成后，復測轉子中心體水平及測圓架滿足要求，測量磁極半徑、圓度、高程，并作記錄。

磁極掛裝完成后，根據設計圖紙要求，安裝磁極連接線、制動板、阻尼環等附件。

磁極掛裝后對轉子進行絕緣電阻、交流阻抗及耐壓試驗，最后對轉子整體進行徹底清掃，按照廠家要求進行噴漆防腐。

5轉子安裝的重點及難點

5.1大力筋安裝過程控制

在大力筋安裝及焊接時，應注意以下幾點：①基準大力筋調整完成后，在進行其他大力筋調整時，由于大力筋弦距、徑向垂直度調整時會相互影響，因此，大力筋弦距、徑向垂直度調整應同步進行。②大力筋控制尺寸是依靠磁軛尺寸控制調整，因此，在大力筋安裝調整完成后，預裝部分磁軛，在保證磁軛圓度情況下，對大力筋進行檢查調整，大力筋應完全垂直，磁軛與大力筋之間沒有徑向間隙。磁軛每壓緊一次，在磁軛控制尺寸檢查完成后，都應該按上述要求檢查大力筋。③在大力筋焊接時，焊道分布為先兩邊后中間。為減小變形，大力筋焊縫全部采用φ3.2焊條進行焊接，同時應隨時監測大力筋變形情況，根據變形情況改變焊接順序以減少變形，必要時應中斷焊接，待焊縫在石棉被覆蓋下緩慢冷卻至與環境溫度一致時，測量大力筋軸向及周向垂直度，從而調整焊接順序。

5.2磁軛疊裝過程控制

轉子磁軛疊壓前，在調整合格的大立筋上，用深度尺測量大立筋頂部到轉子支架頂部的距離，在大立筋頂部將測量數值打上鋼印。在每段磁軛疊裝完成后，需要注意以下幾點：①用帶有百分表的測圓架和深度尺檢查大立筋的軸線位置。如果測量值與大立筋頂部的鋼印數值不一致，則要調整大立筋。②用精密水平儀和帶百分表測圓架，檢查下壓板的水平。如果下壓板不水平則調整下壓板。③用測圓架檢查磁軛的同心度，必要的話，用塑料錘或液壓工具重新調整磁軛。④檢查磁軛大立筋的調整，大力筋必須完全垂直，磁軛與磁軛鍵之間應沒有徑向間隙。

6結語

水輪發電機轉子是水輪發電機組的關鍵部件，對整個機組的安全可靠運行至關重要。轉子磁軛在運行過程中由于受到強大的離心力作用，可能會產生磁軛徑向變形，使磁軛與中心體發生徑向分離。同時，受運輸條件限制，大型水輪發電機轉子部件都是散件到貨，需要在現場進行組裝，所以現場轉子安裝質量控制也是整個發電機安裝過程控制的重中之重。

魯地拉電站在轉子組裝過程中，重點對支臂焊接、大力筋安裝、轉子圓度和半徑測量、磁軛熱加墊等關鍵工藝和難點進行了嚴格的質量控制。采用了小型加熱塊在磁軛通風槽均勻布置加熱方法和磁軛熱加墊工藝，以及采用多種磁極組合鍵對磁極進行調整控制，保證了轉子組裝質量和后期機組安全運行。

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中圖分類號：TV734

文獻標識碼：B

文章編號：1672-5387（2015）04-0038-04

DOI：10.13599/j.cnki.11-5130.2015.04.011

收稿日期：2014-09-19

作者簡介：周若愚（1983-），男，工程師，從事機電安裝技術管理工作。